CN107294203B - 一种基于rs485总线的电能表停电事件主动上报方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于RS485总线的电能表停电事件主动上报方法，步骤如下：①.电能表的停电检测电路检测到停电后，电能表关闭除RS485部分以外的电路；②.停电的电能表监测RS485总线的通讯状态，若处于空闲状态，则直接进入步骤③，否则等待正在通讯的数据帧完成后再进入步骤③；③.在电能表的通讯间隙内，停电的电能表将RS485总线强行输出为发送“0”状态；④.总线上的其它电能表和采集终端监测到超过1个字节通讯时间以上“0”状态后，进入等待停电事件上报状态；⑤.当采集终端收到停电电能表发送的序号后，标记该表为停电状态，并向上一级终端或主站系统上报。本发明解决了在半双工总线上的停电事件主动上报，大幅提升了停电事件处理的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电能表停电事件上报方法，属于物联网设备数据采集应用领域。
背景技术
长期以来，供电公司主要依据客户电话来确定低压配网故障位置，根据用户停电后打入的电话来预判跌落保险或开关的位置，对停电规模、人员力量、抢修计划进行分析，确定抢修优先级，计算现场所需工作力量，预估恢复时间，并管理现场工作，效率低下，甚至因为处理不及时而被投诉。
我国现在已经基本实现了智能电能表的全覆盖工作，而且用电信息采集系统也基本实现对所有电能表的数据采集，若能利用智能电表和用电信息采集系统及时的上报停电信息，在用户电话来之前就知道停电情况甚至提前进行停电抢修，提高服务质量。
但是，目前的智能电能表很多采用的是RS485总线通讯，而且是与MCU电路电隔离的，依靠光耦传输数据，停电后，失去工作电源无法传输数据，而且RS485是半双工的两线制通讯总线，在用电信息采集系统中，都是采集终端发起抄表指令，电能表收到后再应答，电能表不能主动发起传输，否则就会多个设备同时在总线上发送数据，谁都收不到正确数据的情况，因此，要解决停电时电能表通过RS485总线主动上报，存在一定的困难。
发明内容
为了克服现有电能表停电事件上报方法的上述不足，本发明提供一种基于RS485总线的电能表停电事件主动上报方法
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种基于RS485总线的电能表停电事件主动上报方法，采集终端下属小于32个电能表，各电能表及采集终端均与RS485总线连接，采集终端对其下属电能表的提供一个序号，用1个字节代表，停电事件上报步骤如下：
①.电能表的停电检测电路检测到停电后，电能表关闭除RS485部分以外的电路，以降低功耗；
②.停电的电能表监测RS485总线的通讯状态，若处于空闲状态，则直接进入步骤③，否则等待正在通讯的数据帧完成后再进入步骤③；
③.在电能表的通讯间隙内，停电的电能表将RS485总线强行输出为发送“0”状态，保持1个字节通讯以上的时间；
④.总线上的其它电能表和采集终端监测到超过1个字节通讯时间以上“0”状态后，进入等待停电事件上报状态，不再发送任何数据；
⑤.当采集终端收到停电电能表发送的序号后，标记该表为停电状态，并向上一级终端或主站系统上报。
其中停电时RS485通讯电路通过一个容量大于0.152F的5V以上的第一电容进行供电；停电时电能表的MCU通过一个第二电容供电，第二电容的容量不超过所述第一电容的容量。
本发明的有益效果在于： 1.解决了在半双工总线上的停电事件主动上报，大幅提升了停电事件处理的响应速度；2.利用电容作为停电时MCU及RS485电路的工作电源，无需电池，既可靠又环保；3.不改变目前用电信息采集系统的整体结构，原有的RS485通讯总线的布线不需要变更。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种基于RS485总线的电能表停电事件主动上报方法，采集终端下属小于32个电能表，各电能表及采集终端均与RS485总线连接， RS485总线包含了A、B两条线。
RS485总线是差模通讯，当发送“1”时，A-B>0.2V，当发送“0”时B-A>0.2V，空闲状态，即-0.2V<A-B<0.2V时维持原值，因为串行通讯时的停止位是“1”，所以在空闲状态，总线保持为“1”（指RS485接收端）。
在用电信息采集系统中，采用RS485总线的通讯为半双工模式，采集终端发送一条指令，指令中包含了电表编号，电能表收到指令后，如果指令正确且指令中的电表编号是自己的编号，就执行相应的操作同时等待td时间后返回数据给采集终端。根据通讯标准要求，td需大于20ms和小于500ms。
按照标准规定，采集终端的下一条抄表指令前，与上一条电能表返回数据的指令间隔时间tf必须大于20ms。
不论是采集终端发送帧与电能表返回帧之间的间隔td还是电能表返回帧与下一条采集终端发送帧之间的间隔tf，都是大于20ms的。也就是说不论是采集终端还是电能表，在这20ms中都不会正常通过RS485总线发送数据，因此我们可以利用这个20ms进行特殊处理，实现电能表的停电上报功能，采集终端对其下属电能表的提供一个序号，用1个字节代表，因为采集终端下属电能表小于32个电表，所以用1个字节就可以代表，停电事件上报步骤如下：
①.电能表的停电检测电路检测到停电后，电能表关闭除RS485部分以外的电路，以降低功耗。
②.停电的电能表监测RS485总线的通讯状态，若处于空闲状态，则直接进入步骤③，否则等待正在通讯的数据帧完成后再进入步骤③，等待时间最长为2000字节的通讯时间（9.17秒）。因为要在通讯间隙中来实现停电事件上报处理，因此，必须等待前面的数据帧的完成，根据通讯协议，单帧通讯数据最长不超过2000字节，通讯参数为2400bps、偶校验、1个停止位，每个字节需要传输11个数据位，最长的传输时间:T = 2000×11/2400 = 9.17秒。
③.在电能表的通讯间隙内，停电的电能表将RS485总线强行输出为发送“0”状态，保持1个字节通讯以上的时间；按照2400bps的通讯速率，1个字节的传输时间tb为4.58ms，不到通讯间隙td与tf的最小值的1/4。
④.总线上的其它电能表和采集终端监测到超过1个字节通讯时间以上“0”状态后，进入等待停电事件上报状态，不再发送任何数据。因为正常通讯中，一个字节的停止位是“1”，不会出现超过1个字节通讯时间长的“0”状态发生，因此，可以“0”的时间来作为判断条件。
⑤.当采集终端收到停电电能表发送的序号后，标记该表为停电状态，并向上一级终端或主站系统上报，使得电能表停电事件快速反馈到主站系统中。
其中RS485通讯电路通过一个电容容量大于0.152F的5V以上的第一电容进行供电；电能表的MCU通过一个第二电容供电，第二电容的容量不超过所述第一电容的容量，第一电容容量、第二电容容量的计算推理过程如下：电能表的MCU和RS485电路是由电源变压器两组次级线圈分别供电，电源变压器次级线圈输出的交流12V左右的电压经过整流和稳压电路后变为5V电源，原来的设计中，没考虑停电事件上报，5V的整流电容不超过1000μF，不能满足停电事件上报要求。需要增加容量以满足停电事件上报的供电需要。
因为要在通讯间隙中来实现停电事件上报处理，因此，必须等待前面的数据帧的完成，根据通讯协议，单帧通讯数据最长不超过2000字节，通讯参数为2400bps、偶校验、1个停止位，每个字节需要传输11个数据位，最长的传输时间:T = 2000*11/2400 = 9.17秒
设计上考虑一定的余量，按停电后可工作15秒时间考虑，可保证能正常返回停电上报事件。
线路上的采集终端和电能表的总数不超过32台，电能表每个RS485总线上都一般A/B线分别配10kΩ的上/下拉电阻，对于总线来说，相当于156Ω的阻抗，相当于总线通讯的工作电流32mA左右，另外，RS485电路与通过光耦与MCU的通讯部分，工作电流大约10mA的左右，在RS485通讯期间最大不超过42mA，实际上，需要发送停电上报报文的时间非常短，在其它等待接收时间，功耗不到发送的一半，按21mA来计算，等效的阻抗为238Ω，考虑到电容放电到3.3V以下工作会不正常，因此，在5V下降到3.3V的期间要能超过15秒的要求。根据电容放电公式：
Uc=U0×e^(-t/T) （式1）
其中：
U0是放电前电容上电压，这里为5V；
Uc是放电t时刻后的电压，这里目标是3.3V；
T是放电时间常数，这里等于RC，其中R是RS485电路的等效阻抗238Ω，C是需要的电容容量；
t是放电时刻，这里等于需要维持工作的时间，即15秒；
代入上述数据到式1，可以得到需要的电容容量为0.152F，取一个大于此值的5V以上的电容可满足要求。
对于MCU部分的工作电源，因为停电后外围电路的工作都处于关闭状态，实际工作电流较小，10mA左右，因此，需要的电容不超过上述RS485部分的容量。
Claims (1)
1.一种基于RS485总线的电能表停电事件主动上报方法，采集终端下属小于32个电能表，各电能表及采集终端均与RS485总线连接，其特征在于：采集终端对其下属电能表的提供一个序号，用1个字节代表，停电事件上报步骤如下：
①.电能表的停电检测电路检测到停电后，电能表关闭除RS485部分以外的电路，以降低功耗；
②.停电的电能表监测RS485总线的通讯状态，若处于空闲状态，则直接进入步骤③，否则等待正在通讯的数据帧完成后再进入步骤③；
③.在电能表的通讯间隙内，停电的电能表将RS485总线强行输出为发送“0”状态，保持1个字节通讯以上的时间；
④.总线上的其它电能表和采集终端监测到超过1个字节通讯时间以上“0”状态后，进入等待停电事件上报状态，不再发送任何数据；
⑤.当采集终端收到停电电能表发送的序号后，标记该表为停电状态，并向上一级终端或主站系统上报；
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